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Kohlenstoffhaltiges Zementiermittel. Das Zementieren von Eisen und
Stahl mittels Kohlenoxyd in statu nascendi ist bekannt. Man hat auch bereits vorgt
_@hlagen, Mangansuperoxyd als Zusatz zu Zementiermitteln zu verwenden, die außer
Holzkohle noch Chlornatrium, Zyankalium und Salmiak enthalten. Hierbei verbindet
sich jedoch der bei der Erhitzung sich von dem Mangansuperoxyd abspaltende Sauerstoff
nicht mit dem Kohlenstoff unter Bildung von Kohlenoxyd, sondern es wird Chlor frei,
das für die Kohlung oder Zementierung nicht günstig ist. Demgegenüber besteht die
Erfindung darin, daß ein Zementierungs- oder Kohlungsmittel verwendet wird, das
nur aus Kohle und Metallsuperoxyd besteht, so daß der bei der Erhitzung frei werdende
Sauerstoff sich unter Wärmeentwicklung mit dem Kohlenstoff des Kohlungsmittels zu
Kohlenoxyd vereinigt, das, wie an sich bekannt, im Entstehungszustande das Eindringen
von Kohlenstoff in Stahl oder Eisen begünstigt, eine Wirkung, die durch die entwickelte
Wärme und den dadurch hervorgerufenen Drück i_1 der Zementierkammer noch besonders
gesteigcrt wird. Dadurch wird die Zementierung oder Kohlung des Eisens ehr beschleunigt.
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Die Verwendungsweise des neuen Z-=m--ntiermittels soll nachstehend
in einien Beispielen erläutert werden, und zwar' bei einem ,' Eisen, das folgende
Gehalte aufweist: Kohlenstoff 0,07 bis o, i, Silizium 0,03 bis 0,o89,
Phosphor o,oo5 bis 0,01q., Schwefel o,oo9 bis 0,o4, Beispiel i. Eine 3o mm starke
Eisenplatte wird in die Zementierkammer eingesetzt und als Zementiermittel werden
ioo Teile Holzkohlenpulver verwendet, die mit 25 Teilen einer Mischung von gleichen
Teilen Eisenoxyd und Manganperoxyd versetzt sind. Das Ganze wird während etwa zwei
und einer halben Stunde einer Wärme von ungefähr iooo° C ausgesetzt, wobei der Druck
in der Kammer so hoch gehalten wird, daß er den Außendruck um etwa 1/10o Atm. übersteigt.
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Das so behandelte Eisen ist auf eine Tiefe von 1 ; mm verstählt. Selbst
die Mitte des Eisens ist noch teilweise in Stahl übergeführt. Beispiel
25 mm starke Eisenteile, die bereits nach Beispiel i behandelt wurden, werden
in der Kohlungskammer in eine Mischung eingesetzt, die aus gleichen Teilen des in
dem Vorverfahren benutzten Zementiermittels und eines Gemisches von Eisenoxyd und
Holzkohlenpulver im Verhältnis von 1:5 besteht; das Ganze wird während weiterer
zwei und einer
halben Stunde einer Wärme von etwa i ioo' C ausgesetzt,
und dabei wird in der Kammer ein Druck unterhalten, der um 2/10o Atm. höher als
der Außendruck ist. So werden die Eisenteile in zwei Arbeitsvorgängen einer w:rksamen
Hitze während zusammen fünf Stunden unterworfen. Das Eisen wird damit vollständig
in hochwertigen hohlenstoffstahl von sehr feiner und dichter Körnung übergeführ;.
Beispiel 3. Eisenstücke von 32 mm Stärke werden zunächst nach dem Verfahren des
zweiten Beispiels vorbehandelt. Darauf werden sie in gleicher Weise aber bei höherer
Hitze (e.wa i2oo°) und längerer Einwirkung, nämlich drei Stunden, nachbehandelt.
Die Gesamtdauer der Behandlung beträgt demnach 51/2 Stunden.
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Hierbei wird das Eisen vollständig in Stahl verwandelt und beginnt
an der Oberfläche bereits zu schmelzen.
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An Stelle des Mangansuperoxydes können auch andere Superoxyde, welche
Sauerstoff erst bei hoher Temperatur abgeben und schädliche Bestandteile wie Schwefel
und Phosphor nicht enthalten, benutzt werden. Auch kann die Zementierung durch Steigerung
des Druckes und der Temperatur beschleunigt werden; hierbei muß jedoch große Sorgfalt
beobachtet werden, da das zu behandelnde Eisen sich dann leicht in hochgradigen
Kohlenstoffstahl umwandelt und zu schmelzen beginnt. So werden beispielsweise Eisenstücke
für Messerklingen von 3o mm Dicke, 36 mm Breite und 40 mm Länge mit einem Gemisch
von Holzkohlenpulver mit ao Prozent Manganperoxyd bei einer Behandlung in einer
Temperatur, welche i2oo' C nicht übersteigt, in drei Stunden bei einem Druck, der
nur um 2/100 Atm. höher ist als der Außendruck, voaständig in hochgradigen Kohlenstoffstahl
und in einen halb geschmolzenen Zustand umgewandelt, wobei ein Teil sogar flüssig
wird und die Stücke auch ihre Form verändern. Werden Eisenstangen von 2,5 cm= im
Querschnitt in derselben Hitze mit Holzkohlenpulver behandelt, dem io Prozent Manganperoxyd
zugesetzt wurden, und die Behandlung während 21/2 Stunden bei einem Druck, der um
1/15 Atm. den Außendruck übersteigt, fortgesetzt, so erhält man eine vollständig
geschmolzene Masse von grauem Eisen. Werden Eisenstücke von 38 mm Dicke, 51 mm Breite
und 63 mm Länge in einem Ofen mit einer Mischung von 2o Teilen Manganperoxyd und
8o Teilen Holzkohle eine Stunde und 40 Minuten lang unter einem Druck behandelt,
der 2/ioo Atm. höher ist als der Außendruck, so werden sie vollständig in Stahl
übergeführt und nur ein kleiner Teil schmilzt und wird in Graueisen verwandelt.
Diese Graueisenbestandteile lassen sich mit dem Hammer vollständig abschlagen. Wird
die Behandlung nur eine Stunde lang durchgeführt, so wird ein Schmelzen des Eisens
nicht beobachtet, und wird dies auch dreimal wiederholt, so bleibt die Oberfläche
des Eisens doch stets unversehrt. Schwächere Eisenstangen von 25 cm- im Querschnitt
werden dagegen nach einstündiger Behandlung vollkommen in Stahl übergeführt.
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Mit dem neuen Zementiermittel kann Holzkohleneisen in 21/2 Stunden
bis auf eine Tiefe von i o bis 13 mm verstählt werden und ein Stab von 26 mm Dicke
aus demselben Eisen kann selbst nach der Ausführungsweise im Beispiel i in fünf
Stunden in hochgekohlten Stahl übergeführt werden. Wird ein Stab von 26 mm Dicke
nach der milden Kohlungsweise des Beispiels 3 behandelt, so kann er in 51/2 Stunden
vollständig in stark kohlenstoffhaltigen Stahl verwandelt werden; wird jedoch die
beschriebene starke Kohlung auf denselben Stab angewandt, so kann das gleiche Resultat
in der halben oder 1/3 der Zeit erreicht werden. Es kann mithin die zum Verstählen
von Eisen benötigte Zeit nach Belieben gewählt werden.